(57)【要約】  径方向に延在すると共に、圧力側（２２）及び吸引側（２４）を呈する航空用のタービン・ブレード（１０）であって、該ブレードは、該ブレード（１０）の上記圧力側（２２）にて径方向に延在する複数の圧力側キャビティと、該ブレード（１０）の上記吸引側（２４）にて径方向に延在する複数の吸引側キャビティと、該ブレード（１０）の中央部分に配置されると共に上記圧力側キャビティにより且つ上記吸引側キャビティにより囲まれた少なくとも一つの中央キャビティとを含み、該ブレード（１０）は複数の冷却回路を更に含む、という航空用のタービン・ブレード（１０）において、少なくとも第１の冷却回路（１）は、前記ブレード（１０）の径方向内側端部（１４）にて且つ径方向外側端部（１６）にて相互に連通する第１キャビティ（Ａ）及び第２キャビティ（Ｂ）と、上記径方向外側端部（１６）にて上記第２キャビティ（Ｂ）と連通する第３キャビティ（Ｃ）と、上記径方向内側端部（１４）にて上記第３キャビティ（Ｃ）と連通する第４キャビティ（Ｄ）と、を備えて成り、上記第１及び第２のキャビティ（Ａ、Ｂ）は、上記径方向内側端部（１４）にて開口する共通の空気取入口を通し、且つ、前記低温空気がそれらの中で径方向に同一方向に流れる様に、低温空気を協働して供給されるべく構成され、上記第１キャビティ（Ａ）は圧力側キャビティであり、上記第２キャビティ（Ｂ）は中央キャビティであり、且つ、上記第３及び第４のキャビティ（Ｃ、Ｄ）は吸引側キャビティである、航空用のタービン・ブレード（１０）。【選択図】図２
2019529788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に延在すると共に、圧力側（２２）及び吸引側（２４）を呈する航空用のタービン・ブレード（１０）であって、前記ブレード（１０）は、前記ブレード（１０）の前記圧力側（２２）にて径方向に延在する複数の圧力側キャビティと、前記ブレード（１０）の前記吸引側（２４）にて径方向に延在する複数の吸引側キャビティと、前記ブレード（１０）の中央部分に配置されると共に前記圧力側キャビティにより且つ前記吸引側キャビティにより囲繞された少なくとも一つの中央キャビティとを含み、前記ブレード（１０）は複数の冷却回路を更に含む、という航空用のタービン・ブレード（１０）において、
少なくとも第１の冷却回路（１）は、
前記ブレード（１０）の径方向内側端部（１４）にて且つ径方向外側端部（１６）にて相互に連通する、第１キャビティ（Ａ）及び第２キャビティ（Ｂ）と、
前記径方向外側端部（１６）にて前記第２キャビティ（Ｂ）と連通する第３キャビティ（Ｃ）と、
前記径方向内側端部（１４）にて前記第３キャビティ（Ｃ）と連通する第４キャビティ（Ｄ）と、を備えて成り、
前記第１キャビティ（Ａ）及び前記第２キャビティ（Ｂ）は、前記径方向内側端部（１４）にて開口する共通の空気取入口を通し、且つ、低温空気がそれらの中で径方向に同一方向に流れる様に、前記低温空気を協働して供給されるべく構成され、
前記第１キャビティ（Ａ）は圧力側キャビティであり、前記第２キャビティ（Ｂ）は中央キャビティであり、且つ、前記第３キャビティ（Ｃ）及び前記第４キャビティ（Ｄ）は吸引側キャビティである、航空用のタービン・ブレード（１０）。
【請求項２】
各々が、前記第１キャビティ（Ａ）と連通し、且つ、前記ブレード（１０）の前記圧力側（２２）において外方に開口する、複数の圧力側オリフィス（４０）を含む、請求項１記載のブレード（１０）。
【請求項３】
各々が、前記第４キャビティ（Ｄ）と連通し、且つ、前記ブレード（１０）の前記吸引側（２４）上へと外方に開口する、複数の吸引側オリフィス（４４）を含む、請求項１又は２に記載のブレード（１０）。
【請求項４】
２つの圧力側キャビティ（Ｅ、Ｆ）の一方は前記ブレード（１０）の前記径方向内側端部（１４）において開口する空気取入口を介して低温空気が供給されるという前記２つの圧力側キャビティ（Ｅ、Ｆ）の間にて前記ブレード（１０）に沿い径方向に分布された複数の通路（５２）を介して相互に連通する２つの圧力側キャビティ（Ｅ、Ｆ）を含む少なくとも第２冷却回路（２）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブレード（１０）。
【請求項５】
吸引側キャビティ（Ｇ）、及び、後縁部（２０）において前記ブレード（１０）の前記吸引側（２４）及び圧力側（２２）の両方にて径方向に延在する後縁部キャビティ（Ｈ）であって、前記吸引側キャビティ（Ｇ）及び前記後縁部キャビティ（Ｈ）は、前記ブレード（１０）の前記径方向内側端部（１４）において開口する空気取入口を介して低温空気が供給され、前記吸引側キャビティ（Ｇ）は、それが前記ブレード（１０）の前記後縁部（２０）に到達するまで延在する如き様式で前記ブレード（１０）の前記径方向外側端部（１６）にて所定角度を形成するという、吸引側キャビティ（Ｇ）及び後縁部キャビティ（Ｈ）を含む少なくとも第３冷却回路（３）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のブレード（１０）。
【請求項６】
前記複数の冷却回路は相互に独立的である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブレード（１０）。
【請求項７】
前記径方向に対して直交する断面において、第２長さの少なくとも７倍以上である第１長さを有する、２個より少ない薄寸キャビティを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブレード（１０）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のブレードを含む、ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空用の高圧ガスタービン・ブレードの分野に関し、更に詳細には、それらのブレードの冷却回路、及び、斯かるブレードを含むガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空エンジンのガスタービン、特にその高圧タービンのロータ・ブレードは、エンジンが作動している間、非常に高温の燃焼ガスに晒される。それらの温度は、ガスと接触する種々の部品が損傷なしで耐え得る温度より遙かに高い値に達する結果として、それらの寿命が限られる。
【０００３】
これに加え、高圧タービンにおけるガスの温度を上昇させると、エンジンの効率を、故に、そのエンジンにより動力供給される航空機の重量により除算されたエンジンの推進力の比率を高めることが可能とされる。従って、次第に高まる温度に耐え得るタービン・ブレードを作製すると共に、それらのブレードに関する冷却作用を最適化する努力が為されている。
【０００４】
故に、当該ブレードの温度を下げることを企図する冷却回路を備えたブレードを提供することは知られている。斯かる回路によれば、概略的に、ブレード内へと、その基部を介して導入された冷却（又は“低温の”）空気は、該ブレードの表面において外方に開口するオリフィスを通して放出される前に、該ブレードの厚み内で作成されたキャビティにより形成される流れに追随して該ブレードを通り抜ける。
【０００５】
斯かる冷却回路は、それらがブレードの厚み内で複数の独立的なキャビティで作成されたとき、又は、それらのキャビティの幾つかが局所的な冷却の専用とされたときに、“先進型”と言われる。それらのキャビティによれば、エンジン性能及び部品寿命に対する要件に適合するブレードを構成することが可能とされる。
【０００６】
しかし、上記冷却回路は、熱伝達流体として作用する低温空気の温度が、ブレードの表面を踏破して流れる空気であって“高温”空気と称されるという空気の温度より低いという様式で、エンジンを通る主要な流れから“低温”空気を取り込む。故に、エンジンを通る主要な流れから取り込まれたその空気は、損失を構成すると共に、エンジンの効率及び全体的性能を低下させる。
【０００７】
これに加え、先進型の回路は、上記流れと接触するブレードの外壁と、ブレードの芯部における壁部との間の温度の相当な差をもたらすという欠点を呈する。それらの相当な温度差は、作動中のブレードの機械的強度を阻害し得ることからその寿命を短縮し得る応力に帰着する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
故に、航空用のガスタービン・ブレードを冷却する冷却回路であって、ブレードを冷却するために使用される空気の流量を減少させることにより、結果として、タービンの全体的効率を高めることにより、内部の機械的応力を制限すべく、且つ、ブレードに関する冷却作用を最適化すべく、温度勾配を減少させ得るという冷却回路に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示内容は、
径方向に延在すると共に、圧力側及び吸引側を呈する航空用のタービン・ブレードであって、該ブレードは、該ブレードの上記圧力側にて径方向に延在する複数の圧力側キャビティと、該ブレードの上記吸引側にて径方向に延在する複数の吸引側キャビティと、該ブレードの中央部分に配置されると共に上記圧力側キャビティにより且つ上記吸引側キャビティにより囲まれた少なくとも一つの中央キャビティとを含み、該ブレードは複数の冷却回路を更に含む、という航空用のタービン・ブレードにおいて、
少なくとも第１の冷却回路は、
当該ブレードの径方向内側端部にて且つ径方向外側端部にて相互に連通する第１キャビティ及び第２キャビティと、
上記径方向外側端部にて上記第２キャビティと連通する第３キャビティと、
上記径方向内側端部にて上記第３キャビティと連通する第４キャビティと、を備えて成り、
上記第１及び第２のキャビティは、上記径方向内側端部にて開口する共通の空気取入口を通し、且つ、当該低温空気がそれらの中で径方向に同一方向に流れる様に、低温空気を協働して供給されるべく構成され、
上記第１キャビティは圧力側キャビティであり、上記第２キャビティは中央キャビティであり、且つ、上記第３及び第４のキャビティは吸引側キャビティである、
航空用のタービン・ブレードを提供する。
【００１０】
本開示内容において、“径方向”という語句は、ブレード基部、すなわち上記ブレードの基部から、ブレード先端、すなわち、上記ブレードの基部とは径方向において逆側である端部に向かい延伸する方向を指している。故に、本開示内容において、上記径方向内側端部は上記ブレード基部を表し、且つ、上記径方向外側端部は上記ブレード先端を表す。
【００１１】
これに加え、本開示内容において、“上方へと”という語句は、キャビティ内でブレード基部からブレード先端に向けて流れる空気を指し、且つ、“下方へと”という語句は、キャビティ内でブレード先端からブレード基部に向けて流れる空気を指す。
【００１２】
各キャビティは、壁部により画成される。上記圧力側キャビティは、上記ブレードの圧力側にて、径方向に、すなわち、上記ブレード基部から上記ブレード先端に向けて延在する。換言すると、各圧力側キャビティを画成する壁部の少なくとも一部分の面は、上記圧力側にて上記ブレードの外部の空気と接触する。各圧力側キャビティを画成する夫々の壁部のいずれの面も、上記吸引側にて上記ブレードの外部の空気と接触しない。
【００１３】
各吸引側キャビティは、上記ブレードの吸引側にて、径方向に、すなわち、上記ブレード基部から上記ブレード先端に向けて延在する。換言すると、各吸引側キャビティを画成する壁部の少なくとも一部分の面は、上記吸引側にて上記ブレードの外部の空気と接触する。各吸引側キャビティを画成する夫々の壁部のいずれの面も、上記圧力側にて上記ブレードの外部の空気と接触しない。
【００１４】
上記中央キャビティもまた、上記ブレードの上記中央部分において、径方向に、すなわち、上記ブレード基部から上記ブレード先端に向けて延在する。“ブレードの中央部分”という語句は、中央キャビティを画成する壁部のいずれの面も、上記ブレードの外部の空気と接触しないことを意味することを理解すべきである。換言すると、上記中央キャビティを画成する壁部は、上記圧力側キャビティ及び吸引側キャビティを分離する壁部を除き、一つ以上の圧力側キャビティ、又は、一つ以上の吸引側キャビティのいずれかと接触する。
【００１５】
冷却“回路”とは、相互に連通する複数のキャビティを表す。本開示内容において、少なくとも一つの冷却回路は、第１、第２、第３及び第４のキャビティを有する。
【００１６】
上記第１及び第２のキャビティは、第１共通チャンバを形成するために、上記ブレードの基部において相互に連通すると共に、それらは、上記第１共通チャンバから同時に低温空気が供給される。その後に上記第１及び第２のキャビティは径方向に延在する壁部により相互から分離されると共に、それらは再び、第２共通チャンバを形成するためにブレード先端にて相互に連通する。
【００１７】
故に、上記第１共通チャンバ内へと低温空気が供給されたとき、該低温空気は、上記２つのキャビティの各々内で上方へと流れることにより、上記第１キャビティ及び上記第２キャビティの間で分割される。
【００１８】
上記第１キャビティは圧力側キャビティである。従って、低温空気が上記第１キャビティ内を流れるとき、それは、強制対流により、該第１キャビティを上記圧力側における高温空気から分離している壁部と熱を交換する。故に、上記第１キャビティ内で上方へと流れる空気は、上記壁部から熱を吸収し、その温度は、上記ブレード先端に近づくほど上昇する。
【００１９】
上記第２キャビティは中央キャビティである。従って、該キャビティ内を流れる低温空気は、上記ブレードの外部の高温空気と熱を交換しない。故に、上記第１キャビティ内を流れる空気と並行して、上記第２キャビティ内を上方へと流れる空気の温度は、上記ブレード先端に近づくにつれて、それほどは上昇しない。故に、低温空気は、上記第２共通チャンバに到達し得、そこでそれは、上記第１キャビティから到来する空気と混じり合う。
【００２０】
上記第３キャビティは、上記ブレード先端において上記第２キャビティと、且つ、上記ブレード先端において上記第４キャビティと連通する。故に、上記第１及び第２のキャビティから到来する空気は、上記第３キャビティ内を下方へと流れてから、上記第４キャビティ内を上方へと流れる。
【００２１】
従って、吸引側キャビティである上記第３及び第４のキャビティは、上記第２キャビティから到来する低温空気が供給されることから、吸引側の冷却作用を向上させ得る。
【００２２】
この構成はまた、冷却作用を所望の領域に目標限定するという利点を呈する。実際、各キャビティ内を移動する空気は、上記ブレードの高速回転に伴うコリオリの力に委ねられる。それにより、低温空気は、各外壁、すなわち、ブレードの圧力側及び吸引側を画成して最も高温の領域を構成する各壁部に対し、可及的に強く押圧され得る。故に、各外壁に対しては熱交換作用が最適化されることから、ブレードの芯部における温度の均一性を向上し、ブレードの芯部における温度勾配を最小限度に抑えることから、各キャビティを形成する夫々の壁部における内部応力を制限することで、ブレードの機械的強度を高めることが更に可能とされる。更に、機械的に撓曲的な芯部として作用する上記第２キャビティによれば、高温空気と接触する各外壁の熱膨張により引き起こされる機械的応力を吸収することが可能とされる。
【００２３】
幾つかの実施例において、上記ブレードは、各々が、上記第１キャビティと連通し、且つ、当該ブレードの上記圧力側において外方に開口する複数の圧力側オリフィスを含む。
【００２４】
これらの圧力側オリフィスは、上記第１キャビティを上記ブレードの圧力側から分離する壁部内に作成された複数の孔であって、上記第１キャビティの少なくとも一部分に亙り径方向に分布されることで、上記第１キャビティ内で上方へと流れる低温空気の一定体積がブレードの圧力側にて放出されることを可能にするという複数の孔であり得る。
【００２５】
放出された空気によれば、上記ブレードの上記圧力側上に冷却膜を生成することにより、上記圧力側壁部の外側面を更に冷却することが可能とされる。更に、上記第１キャビティ内を流れる空気の温度は、上述された如く、上方へと進行するにつれて徐々に上昇する。これらの圧力側オリフィスによれば、加熱された大量の空気が上記第１キャビティの外部へと放出され得る。従って、上記第１及び第２のキャビティから到来して上記第３キャビティに供給される空気は、主として、上記第２キャビティから到来する低温空気により構成される。これにより、各吸引側キャビティ、すなわち、上記第３及び第４のキャビティの冷却作用が向上され得る。
【００２６】
幾つかの実施例において、上記ブレードは、各々が、上記第４キャビティと連通し、且つ、当該ブレードの上記吸引側上へと外方に開口する複数の吸引側オリフィスを含む。
【００２７】
これらの吸引側オリフィスは、上記第４キャビティを上記ブレードの吸引側から分離する壁部内に作成された複数の孔であって、上記第４キャビティの少なくとも一部分に亙り径方向に分布されることで、上記第４キャビティ内で上方へと流れる空気の一定体積がブレードの吸引側にて放出されることを可能にするという複数の孔であり得る。
【００２８】
放出された空気によれば、上記ブレードの上記吸引側上に冷却膜を生成することにより、上記吸引側壁部の外側面を更に冷却することが可能とされる。更に、これらの吸引側オリフィスによれば、上記冷却回路に沿い空気を流出させ得る。吸引側の圧力は、各冷却回路の供給圧力よりも相当に低いことから、これらのオリフィスの存在によれば、冷却回路内の空気の流れが自然に生成され得る。
【００２９】
幾つかの実施例において、上記ブレードは、当該２つのキャビティの一方は当該ブレードの上記径方向内側端部において開口する空気取入口を介して低温空気が供給されるという２つのキャビティ間にて当該ブレードに沿い径方向に分布された複数の通路を介して相互に連通する２つの圧力側キャビティを含む少なくとも第２の冷却回路を含む。
【００３０】
低温空気が供給される上記キャビティはまた、該キャビティの少なくとも一部分に亙り径方向に分布された複数のオリフィスを介し、上記ブレードの圧力側面とも連通し得る。故に、上記キャビティ内を低温空気が流れるとき、それは、強制対流により、該キャビティを圧力側の高温空気から分離している上記壁部と熱を交換すると共に、それはまた、各オリフィスを通して放出されることでブレードの圧力側上に冷却膜も生成し乍ら、複数の通路を介して他のキャビティ内へも侵入する。
【００３１】
幾つかの実施例において、上記ブレードは、吸引側キャビティ、及び、上記後縁部において当該ブレードの上記吸引側及び上記圧力側の両方にて径方向に延在する後縁部キャビティであって、該２つのキャビティは、当該ブレードの上記径方向内側端部において開口する空気取入口を介して低温空気が供給され、上記吸引側キャビティは、それが当該ブレードの上記後縁部に到達するまで延在する如き様式で当該ブレードの上記径方向外側端部にて所定角度を形成するという、吸引側キャビティ及び後縁部キャビティを含む少なくとも第３の冷却回路を含む。
【００３２】
幾つかの実施例において、上記第３冷却回路の各キャビティは、上記ブレードの上記圧力側面において外方に開口する複数の後縁部オリフィスと連通する。
【００３３】
幾つかの実施例において、上記複数の冷却回路は相互に独立的である。
【００３４】
“相互に独立的である”という語句は、与えられた冷却回路を構成する各キャビティのいずれもが、別の冷却回路のキャビティと連通しないことを意味することを理解すべきである。各冷却回路に対し、それによれば、各回路が相互に干渉せずに、ブレードの厳密な領域上へと目標限定された冷却作用が生成され得る。
【００３５】
幾つかの実施例において、上記ブレードは、上記径方向に対して直交する断面において、第２長さの少なくとも７倍以上である第１長さを有する、２個より少ない薄寸キャビティを含む。
【００３６】
幾つかの実施例において、各薄寸キャビティの厚みは１．２ミリメートル（ｍｍ）以下であり、厚みとは、薄寸キャビティの各側面であって、径方向に直交する断面において上記第１長さに沿うという各側面間の距離である。
【００３７】
幾つかの実施例において、各薄寸キャビティは、径方向において上記ブレードの少なくとも半分に亙り延在する。
【００３８】
幾つかの実施例において、上記ブレードは、多くて１個の薄寸キャビティを含む。
【００３９】
限られた個数の薄寸キャビティの存在によれば、ブレードを製造するプロセスが容易化される。各冷却回路を調製するために必要なセラミック芯部は、薄寸キャビティの小さな厚みに伴うそれらの形状の故に、相当に脆弱である。これらの薄寸キャビティの個数を減少すると、これらの欠点が緩和され得る。
【００４０】
本開示内容はまた、本開示内容のブレードを含むガスタービンも提供する。
【００４１】
本発明及びその利点は、非限定的な例として与えられる本発明の種々の実施例に関する以下の詳細な説明を読破すれば更に良好に理解され得る。該説明は、添付図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のタービン・ブレードの斜視図である。
【図２】ブレードの種々の冷却回路のキャビティを象徴的に表す斜視図である。
【図３】ブレードの第１冷却回路のキャビティを象徴的に表す斜視図である。
【図４Ａ−４Ｅ】ブレード基部からブレード先端まで進展する種々の径方向位置に対して図３に示された如き断面である。
【図５】熱伝達作用が最大である区域を示すブレードの断面である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は以下において、図１〜図５を参照して記述される。その故に、図２及び図３は、ブレードの各部分を示すのではなく、ブレード内のキャビティを示すことに注意すべきである。換言すると、図２及び図３において示されたラインは、これらのキャビティを画成するブレードの内壁を表している。
【００４４】
図１は、たとえば、タービン・エンジンの高圧タービンのために金属で作成されたロータ・ブレード１０を示している。当然乍ら、本発明は、タービン・エンジンの他のブレード又はベーンに対しても適用され得る。
【００４５】
ブレード１０は、ブレード基部１４とブレード先端１６との間において径方向に延在する空気力学的表面１２（又はエアフォイル）を有する。
【００４６】
ブレード基部１４は、高圧タービンのロータのディスク上に取付けられるべく適合化され、ブレード先端１６は、ブレード基部１４から径方向に対置される。
【００４７】
空気力学的表面１２は、タービン・エンジンの燃焼室から到来する高温ガスの流れに臨むべく載置された前縁部１８；前縁部１８とは逆側の後縁部２０；圧力側面２２；及び、吸引側面２４；という４つの別個の区域を呈し、圧力側及び吸引側の面２２、２４は、前縁部１８を後縁部２０に対して接続する。
【００４８】
ブレード先端１６にて、ブレードの空気力学的表面１２は、横断壁部２６により閉じられる。これに加え、空気力学的表面１２は、本明細書で以下においてはブレードのバスタブと称される凹所２８を形成する如き様式で、横断壁部２６を僅かに越えて径方向に延在する。故に、このバスタブ２８は、横断壁部２６により形成された基部、空気力学的表面１２により形成された縁部を有すると共に、ブレード先端１６に向けて開放されている。
【００４９】
記述された例において、ブレード１０は、第１冷却回路１、第２冷却回路２、及び、第３冷却回路３という、ブレードを冷却すべく設計された相互に独立した３つの冷却回路を含む。
【００５０】
第１冷却回路１は、第１キャビティＡ、第２キャビティＢ、第３キャビティＣ、及び、第４キャビティＤを含む。第１キャビティＡは圧力側キャビティであり、第２キャビティＢは中央キャビティであり、第３及び第４のキャビティＣ及びＤは、吸引側キャビティである。
【００５１】
上記第１冷却回路には、ブレード基部１４にてキャビティＡ及びＢにより低温空気が供給される。上記低温空気は、エンジンの他の回路から取り込まれた熱伝達流体であって、圧力側及び吸引側の面２２、２４を踏破して流れる空気よりも低温であるという熱伝達流体として作用する空気である。第１及び第２のキャビティＡ及びＢは、ブレード基部１４において長さＬ１に亙り径方向に延在する第１共通チャンバ３１（図３及び図４Ｅ）を形成するために、径方向においてブレードの底部４０％、好適には底部２５％、更に好適には底部１０％においてブレード基部１４にて相互に連通する。長さＬ１は、ブレードの全長の４０％以下を表し得る。第１及び第２のキャビティＡ及びＢはまた、長さＬ２に亙り径方向に延在する第２共通チャンバ３２（図３及び図４Ａ）を形成するために、径方向においてブレード頂部２０％、好適には頂部１５％、更に好適には頂部１０％においてブレード先端１６にても相互に連通する。長さＬ２は、ブレードの全長の２０％以下を表し得る。共通チャンバ３１及び３２の間において、キャビティＡ及びＢは、ブレード１０に沿い径方向に延在する壁部Ｐにより相互に分離される。従って、第１共通チャンバ３１から到来する空気は、その後、それが第２共通チャンバ３２に到達するまで、別体的に且つ並行して、キャビティＡ及びＢにおいて上方に流れる（図３における矢印）。
【００５２】
これに加え、第１キャビティＡは、ブレード１０に沿い径方向に分布された複数の圧力側オリフィス４０を介してブレード１０の圧力側面２２と連通する。故に、第１キャビティＡ内を流れる空気の一部は、圧力側面２２上に冷却膜を生成する如き様式で、各オリフィス４０を通して、ならびに、バスタブ２８の壁部２６上に冷却膜を生成する如き様式で、ブレード先端上に配置された各ブレード先端オリフィス４２を通して、放出される。第１キャビティＡ内を流れて、オリフィス４０又は４２を通して放出されない空気は、第２共通チャンバ３２内で、第２キャビティＢから到来する空気と混じり合う。
【００５３】
これに加え、キャビティＡは、その頂部部分において、径方向においてブレードの長さの２０％、好適には１５％、更に好適には１０％に亙り延在する湾曲壁部Ａ’により画成され得、壁部Ａ’の湾曲は、前縁部１８に向かうべく導向されている。上記壁部のこの湾曲された形状によれば、キャビティＡ内を流れる空気を、次続する各キャビティに向けて案内すること、及び、空気がヘッドロスを制限し乍ら各キャビティ内で確実に均一に分布されることが可能とされる。更に、キャビティＡ及びＢを分離する壁部Ｐは、その頂部部分において、当該湾曲部分Ｐ’が前縁部１８に向けて導向される如き様式で、壁部Ｐの残部に対して所定角度を形成するという湾曲部分Ｐ’を備えて成り得る。この湾曲部分Ｐ’によれば、キャビティＢ内を流れる空気をキャビティＣに向けて案内することが可能とされる。湾曲壁部Ａ’及び湾曲部分Ｐ’によれば、キャビティＡ及びＢから到来する空気をキャビティＣ内へと容易に方向転換させること、すなわち、空気流方向をキャビティＡ及びＢ内での上方移動からキャビティＣ内での下方移動へと容易に変化させることが可能とされる。これにより、この方向転換の間におけるヘッドロスを制限することも可能とされる。
【００５４】
第２及び第３のキャビティＢ及びＣは、ブレード先端１６において、長さＬ３に亙り径方向に延在する第３共通チャンバ３３（図３及び図４Ｂ）を形成するために、径方向において、ブレードの頂部２０％、好適には頂部１５％、更に好適には頂部１０％だけ、相互に連通する。故に、第２及び第３のチャンバ３２及び３３は、第１キャビティＡも第３キャビティＣと連通し得る如き様式で、ブレード先端１６において相互に連通する（図３及び図４Ａ）。故に、第３キャビティＣ内を流れる空気は、キャビティＡ及びＢから到来し、下方へと流れる。
【００５５】
好適には、長さＬ３は長さＬ２よりも大きくされ得る。故に、第３キャビティＣ内を流れる空気は、主として第２キャビティＢから到来する。これに加え、第１キャビティＡから到来する空気の大部分は、圧力側オリフィス４０及びブレード先端オリフィス４２を通して放出されている。更に厳密には、第３キャビティＣ内を流れる空気の少なくとも７５％、好適には少なくとも８０％、更に好適には少なくとも８５％は、第２キャビティＢから到来する。そのことは、ブレードの吸引側面２４を更に効果的に冷却する如き様式で、低温空気を第３キャビティＣの内部に保存するという利点を呈する。第２キャビティＢは中央キャビティであることから、それから到来する空気は、圧力側面２２による熱伝達作用により、特に強制対流により、加熱される第１キャビティＡから到来する空気よりも低温である。
【００５６】
第３及び第４のキャビティＣ及びＤは、ブレード基部１４において、第４共通チャンバ３４（図３及び図４Ｅ）を形成するために、径方向においてブレードの底部１０％、好適には底部８％、更に好適には底部６％において、相互に連通する。故に、第４キャビティＤ内を流れる空気は、第３キャビティＣから到来し、且つ、上方に、すなわち、ブレード基部１４からブレード先端１６まで流れる。第４キャビティＤは、ブレード１０に沿い径方向に分布された複数の吸引側オリフィス４４を介して吸引側と連通する。故に、第４キャビティＤ内を流れる空気の一部は、吸引側面２４上に冷却膜を生成する如き様式で、各オリフィス４４を通して、ならびに、バスタブ２８の壁部２６上に冷却膜を生成する如き様式で、ブレード先端１６上に配置されたブレード先端オリフィス４６を通して、放出される。
【００５７】
故に、第１冷却回路１は、それが、前縁部１８の側の吸引側面２４に到達するまで、後縁部２０の側の圧力側面２２から延在する。この構成によれば、最適化されるべき熱伝達作用を要する場所に対し、特に、ブレードの内部の壁部であって上記圧力側又は吸引側の面を画成するという壁部に対し、空気を押圧するために、ブレード１０の高速回転に伴う種々の効果、特にコリオリの力の利用が可能とされる。図５において線影が付された領域は、空気が最小の作用を行う領域、すなわち、少ない熱伝達作用が生ずる領域を示している。但し、図５における各矢印は、コリオリの力の配向、換言すると、空気が押圧され且つ熱伝達作用が最適化される領域を示している。故に、この構成は、熱伝達作用を所望領域に目標限定することにより、ブレード１０を冷却するために必要な低温空気の流量を減少し得る。
【００５８】
故に、中央キャビティＢは、ブレードの物理的に撓曲的な芯部の様に作用する。上記中央キャビティによれば、圧力側及び吸引側の面２２、２４に隣接するブレード１０の各壁部における機械的変形であって、各面の高温に起因する熱膨張により引き起こされるという変形を補償することが可能とされる。故に、これにより、ブレード１０における外部の過剰な応力が制限され得る。
【００５９】
第１冷却回路１から独立した第２冷却回路２は、２つの圧力側キャビティＥ及びＦを備えて成る。第１冷却回路のキャビティＡ、Ｂ、Ｃ及びＤに隣接するキャビティＥには、ブレード基部１４にて低温空気が供給される（図４Ｅ）。キャビティＦは、ブレード１０の前縁部１８の側に配置される。キャビティＥ及びＦは、これらの２つのキャビティ間でブレード１０に沿って径方向に分布された複数の通路５２により、相互に連通する（図４Ｂ及び図４Ｄ）。
【００６０】
キャビティＥは、該キャビティＥの少なくとも一部分に亙り径方向に分布された各オリフィス５０を介し、ブレード１０の圧力側面２２と連通する。故に、上記キャビティ内を低温空気が流れるとき、それは、強制対流により、該キャビティを圧力側の高温空気から分離している上記壁部と熱を交換すると共に、それはまた、各オリフィス５０を通して放出されることでブレードの圧力側上に冷却膜も生成し乍ら、複数の通路５２を介して他のキャビティ内へも侵入する。キャビティＦ内を流れる空気は、該キャビティＦの少なくとも一部分に亙り径方向に分布された各オリフィス５４を通して放出される。
【００６１】
第１及び第２の冷却回路１及び２から独立した第３冷却回路３は、キャビティＡ、Ｂ及びＣに隣接する吸引側キャビティＧと、後縁部側２０にてブレードの吸引側２４及び圧力側２２の両方にて径方向に延在する後縁部キャビティＨとを含む。キャビティＧ及びＨはいずれも、ブレード基部１４にて外方に開口する空気取入口により低温空気が供給される。
【００６２】
吸引側キャビティＧは、第１に、それが吸引側面２４に沿いブレード先端１６に到達するまで、ブレード基部１４から第１キャビティ部分Ｇ’内で径方向に延在し、且つ、それは第２に、後縁部方向２０において所定角度を形成することによりバスタブ２８に沿い、第２キャビティ部分Ｇ”内で径方向に対して実質的に直交する方向において延在し（図２）、第２キャビティ部分Ｇ”によれば、後縁部２における横断壁部２６の冷却が可能とされる。換言すると、キャビティＧは、ブレード基部１４から後縁部２０まで延在する。
【００６３】
これに加え、第１キャビティ部分Ｇ’は、断面において（たとえば、図４Ｃ及び図４Ｄ）、一つの寸法（長さ）が別の寸法（幅）より少なくとも３倍大きいことで“細長い”又は長寸の形状を与える如く、大きな縦横比を呈する。それにより、キャビティＧ内を流れる空気と、吸引側面２４との間における交換のための表面積が最大化され得る。後縁部２０におけるブレード１０の形状によりその形状が決定される後縁部キャビティＨは別として、第３冷却回路３の吸引側キャビティＧは、ブレード１０内の全てのキャビティの中で、斯かる縦横比を呈する唯一のキャビティである。斯かる縦横比を呈するキャビティの個数を制限することにより、上記ブレードを製造するプロセスが容易化され得る。
【００６４】
後縁部キャビティＨは、ブレード１０の全長に亙り径方向に延在はせず、第２キャビティ部分Ｇ”により長さが制限される。これに加え、第３冷却回路３の各キャビティは、後縁部２０において圧力側面２２上で外方に開口する各後縁部オリフィス５６であって、ブレード１０に沿い径方向に分布されるという各後縁部オリフィス５６と連通する。これらのオリフィス５６によれば、これらのキャビティの両方内を流れる低温空気を放出し得る。
【００６５】
本発明は特定実施例に関して記述されたが、各請求項により定義された発明の概略的な有効範囲を超えることなく、それらの実施例に対して種々の改変及び変更が為され得ることは明らかである。特に、冷却回路の個数、及び、回路の各々を構成するキャビティの個数は、この例において示された個数に限定されない。従って、上記説明及び図面は、制限的でなく例示的な意味で考慮されるべきである。
【００６６】
方法に関して記述された特徴の全ては、単独で、又は、組み合わせて、デバイスへと転用され得ると共に、逆に、デバイスに関して記述された特徴の全ては、単独で、又は、組み合わせて、方法へと転用され得ることも明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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